棉花是如何演變而來的?棉花為何會發(fā)育出纖維，合成棉酚?……

　　日前， 由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所、深圳華大基因研究院和北京大學(xué)等多家單位合作完成的二倍體棉花雷蒙德氏棉基因組圖譜繪制完成。棉花基因的演變、纖維起始、棉酚等重要物質(zhì)的合成等終于有了初步的答案、解釋的基礎(chǔ)。

　　為啥要選擇雷蒙德氏棉?

　　為什么選擇雷蒙德氏棉來進(jìn)行研究以及全基因組圖譜的繪制?

　　棉花基因組學(xué)研究團(tuán)隊的科研人員告訴記者，已有的研究表明，雷蒙德氏棉是如今陸地棉祖先的兩個供體種之一，共有13條染色體。目前全世界栽培的棉種主要是四倍體的陸地棉和海島棉。其中，所種植的棉花95%以上屬于陸地棉。因此，雷蒙德氏棉的全基因組圖譜的完成對陸地棉基因組的測序意義十分重要;作為第一個被解析的棉花基因組，也為研究陸地棉基因組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)奠定了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

　　棉花基因組學(xué)研究團(tuán)隊采用了全基因組鳥槍法結(jié)合新一代的高通量DNA測序技術(shù)，科研人員以雷蒙德氏棉純系為材料，對雷蒙德氏棉進(jìn)行了全基因組測序，獲得了其87.7%的全基因組序列，通過比較基因組以及進(jìn)化分析發(fā)現(xiàn)，雷蒙德氏棉與可可樹屬于同一分支，二者可能是在3300多萬年前發(fā)生了分化。

　　中國工程院院士、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院副院長劉旭表示，雷蒙德氏棉基因組圖譜繪制完成標(biāo)志著我國棉花基因組學(xué)研究達(dá)到國際領(lǐng)先位置。為我國棉花重要功能基因的挖掘與利用，乃至全基因組設(shè)計育種提供了前所未有的機(jī)遇。

　　棉花是怎樣進(jìn)化而來的?

　　棉花發(fā)展到今天，經(jīng)歷了怎樣的進(jìn)化歷程?

　　科研人員通過對雷蒙德氏棉與可可樹旁系同源基因的分析發(fā)現(xiàn)，雷蒙德氏棉約在1300―2000萬年前經(jīng)歷了一次全基因組復(fù)制事件。這次復(fù)制事件很可能不是雷蒙德氏棉的第一次基因復(fù)制，早在約1億多年前，雷蒙德氏棉就可能經(jīng)歷了一次基因組復(fù)制事件。這些研究結(jié)果有利于人類認(rèn)識古雙子葉植物基因組的復(fù)制機(jī)制。

　　經(jīng)過雷蒙德氏棉基因組自身比對后，科研人員共鑒定出了2355個共性區(qū)域，并發(fā)現(xiàn)約有40%的旁系同源基因出現(xiàn)在不止一個共性區(qū)域，這表明了雷蒙德氏棉基因組在進(jìn)化過程中可能經(jīng)歷過大量的染色體重排事件。

　　棉花是全球最重要的經(jīng)濟(jì)作物之一。它的纖維，俗稱皮棉，是紡織工業(yè)主要的天然原料。全世界棉花種植面積約5億畝，我國常年種植面積近8千萬畝。棉花還是一種研究多倍體化、細(xì)胞伸長和細(xì)胞壁生物合成極好的模式系統(tǒng)。

　　棉花為何會發(fā)育出如此優(yōu)良的纖維?

　　棉花纖維是已知纖維中純度最高的天然資源，為什么棉花會長出如此優(yōu)良的纖維來?

　　研究發(fā)現(xiàn)，雷蒙德氏棉開花后3天，其蔗糖合成酶、1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸氧化酶、3-酮脂酰-CoA合成酶等基因的表達(dá)量明顯低于陸地棉，這暗示了上述這些基因在棉花纖維的起始和伸長過程中有著至關(guān)重要的作用。

　　同時，由于棉花纖維細(xì)胞是由胚珠外珠被表皮細(xì)胞分化發(fā)育而成的單細(xì)胞，其發(fā)育可分為起始、伸長、次生壁沉積、脫水成熟期等四個相互區(qū)分又有所重疊的時期;由于其發(fā)育具有高度的一致性和均一性，而且成熟的纖維細(xì)胞具有極度伸長的形態(tài)(纖維細(xì)胞長度與其直徑的比例可達(dá)1000―3000倍)，使得棉花纖維細(xì)胞成為研究植物細(xì)胞伸長和膨大的良好實(shí)驗(yàn)體系。

　　研究還發(fā)現(xiàn)，雷蒙德氏棉基因組注釋結(jié)果中共有2706個轉(zhuǎn)錄因子，其中大量的MYB和bHLH轉(zhuǎn)錄因子在棉花開花后0天和3天的胚珠中表現(xiàn)出來，暗示著這些基因有可能是早期纖維發(fā)育所必需的。

　　■連線專家

　　中國工程院院士、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所所長喻樹迅

　　棉花育種有望實(shí)現(xiàn)基因組水平上的分子設(shè)計

　　自2008年以來，棉花全基因組測序成為棉花基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。下一步要在該成果基礎(chǔ)上開發(fā)出快捷分子育種工具，實(shí)現(xiàn)基因組水平上的棉花分子設(shè)計育種，培育出高產(chǎn)、高質(zhì)、抗病抗旱的棉花優(yōu)良新品種。

　　分子輔助設(shè)計育種和常規(guī)育種相結(jié)合是未來作物育種研究的必然發(fā)展方向，建立在基因組學(xué)研究基礎(chǔ)上的分子輔助設(shè)計育種，因分子標(biāo)記數(shù)量巨大、且不受基因表達(dá)時間、顯隱性關(guān)系和環(huán)境條件的影響，大大提高了育種選擇的準(zhǔn)確性，縮短了育種周期，提高了選擇效率。從最重要的糧食作物――水稻基因組計劃開始，到家蠶、家雞、家豬、大豆、玉米、小麥、棉花、白菜、馬鈴薯、西紅柿、谷子等一系列重要農(nóng)業(yè)物種基因組計劃正在開展和完成。

　　在全球氣候劇烈變化、耕地資源不斷減少、溫室效應(yīng)日益加劇的背景下，大力培育和推廣產(chǎn)量高、品質(zhì)好、環(huán)境友好型的作物新品種，將有助于提高土地利用率，增加作物產(chǎn)量?！　page_break}

　　■延伸閱讀

　　研究人員發(fā)現(xiàn)棉酚合成關(guān)鍵基因 棉籽將成食物資源

　　棉花不但是重要的纖維和油料植物，而且是重要的植物蛋白來源。在食用油中，棉籽油的亞油酸含量最高，達(dá)到55.6%。除此以外，棉花種子中還含有極為豐富的蛋白質(zhì)和脂肪等物質(zhì)，棉籽榨油后的棉籽粉蛋白質(zhì)高達(dá)45%―50%，遠(yuǎn)勝過大米、小麥，甚至超過花生、大豆的蛋白質(zhì)含量。然而，由于一般栽培棉品種的種子和植株具有色素腺體，而色素腺體中含有的棉酚及其衍生物對人和單胃動物有毒，棉酚是棉屬植物特有的化合物，這直接制約了棉籽作為食物資源的開發(fā)和利用。

　　于是，科研人員通過與葡萄、大豆、可可、擬南芥番木瓜、蓖麻、楊樹、水稻等植物比較，發(fā)現(xiàn)在棉花和可可基因組中存在著一類特有的杜松烯合成酶基因家族，該家族是棉酚合成途徑上的關(guān)鍵酶，是參與棉酚生物合成的關(guān)鍵步驟。這一發(fā)現(xiàn)解析了棉酚合成的基因起源和演化，使科學(xué)家們今后可以利用基因工程技術(shù)來改良或降低棉籽中的棉酚含量，那么，棉籽應(yīng)用于食物資源有望成為現(xiàn)實(shí)。

　　■相關(guān)新聞

　　今年棉花預(yù)計減產(chǎn)30萬噸

　　國家發(fā)改委透露，預(yù)計2012年全國棉花實(shí)際產(chǎn)量690萬噸左右，比上年減少30萬噸，減幅4.2%。

　　國家發(fā)改委預(yù)計，2012年度中國棉花需求較為平穩(wěn)，在臨時收儲政策有力支撐下，通過有效利用國際市場資源和儲備調(diào)節(jié)，能夠保持國內(nèi)棉花供求總量基本平衡和市場平穩(wěn)運(yùn)行。同日，國家發(fā)改委副主任張曉強(qiáng)透露，預(yù)計2012年全國棉花實(shí)際產(chǎn)量690萬噸左右，比上年減少30萬噸，減幅4.2%。棉花減產(chǎn)的原因包括“受種棉比較收益下降、生產(chǎn)成本大幅上升等因素影響”。

　　另據(jù)國家發(fā)改委網(wǎng)站消息，2013年糧食、棉花進(jìn)口關(guān)稅配額量已確定，分別為:小麥963.6萬噸，國營貿(mào)易比例90%;玉米720萬噸，國營貿(mào)易比例60%;大米532萬噸，國營貿(mào)易比例50%;棉花89.4萬噸，國營貿(mào)易比例33%。各項(xiàng)配額和上年持平。

　　中部首個棉花現(xiàn)貨交易平臺將試運(yùn)營

　　我國中部首個棉花現(xiàn)貨交易平臺――中國(天門)棉花交易中心將于今年年底投入試運(yùn)營。屆時，湖北省棉花產(chǎn)業(yè)和棉農(nóng)都將受益于這個交易平臺帶來的物流、交易成本的降低。

　　據(jù)介紹，中國(天門)棉花交易中心依托湖北豐沛的棉花資源，由卓爾控股、天門市、中儲棉三方合作投資60億元。該交易中心擁有40萬平方米、全國最大的棉花倉儲中心，年棉花存儲容量80萬噸，相當(dāng)于全國年產(chǎn)量的12%。

　　預(yù)計該交易中心將在年底前投入運(yùn)營，交易規(guī)?？蛇_(dá)200億元，屆時將有力推動湖北省棉花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。